Trước khi quyết định mua cảm biến đo mức nước hay còn gọi là cảm biến mực nước, đầu tiên bạn cần phải biết được chức năng của thiết bị mình cần mua để có được quyết định sáng suốt nhất. Việc đầu tư mua một thiết bị báo mức phụ thuộc rất nhiều vào giá thành của thiết bị ?
Đúng vậy , giá thành của cảm biến đo tác động lớn tới việc quyết định thiết bị nào phù hợp. Tuy nhiên, chọn thiết bị đúng với yêu cầu kỹ thuật mới là điều quan trọng nhất. Có rất nhiều loại cảm biến đo mức khác nhau. Tôi sẽ cho bạn biết các loại cảm biến đo mức nước có trên thế giới.
Hai loại cảm biến đo mức nước bạn phải biết
Để hiểu rõ hơn về các loại cảm biến đo mức nước khác nhau chúng ta cùng xem nguyên lý của hai loại cảm biến thường được sử dụng phổ biến nhất.
Cảm biến mức nước điện dung – Radar
Nguyên lý cảm biến mực nước tiếp xúc được sử dụng phổ biến nhất với nhiều loại cảm biến như : đo mức bằng điện cực, đo mức điện dung, đo mức nước dạng phao. Trong đó cảm biến mực nước công nghiệp được sử dụng để hiển thị mực nước trong bồn chứa và để đóng ngắt bơm tự động.
Với cảm biến GRLM-70N theo công nghệ Radar sẽ cho chúng ta biết được mức nước bên trong bồn là bao nhiêu. Trong khi đó cảm biến mức nước điện dung lắp ngang bồn sẽ cho chúng ta biết mức nước có tới giới hạn trên ( tràn ) hoặc giới hạn dưới ( cạn ) hay chưa. Bơm nước được kết nối với cảm biến mực nước để chạy tự động khi mực nước cạn và dừng lại khi mực nước đầy.
Cảm biến mức nước không tiếp xúc
Công nghệ đo không tiếp xúc phát triển để giải quyết các vấn đề khó khăn khi lắp đặt do : không gian lắp đặt hạng hẹp , vị trí lắp đặt không phù hợp , môi chất không cho phép thiết bị đo tiếp xúc với thiết bị đo.
Các cảm biến đo mức tiếp xúc phải lắp ngay trên bồn chứa hoặc dọc theo thành tank chứa để đo chính xác nhất. Trong một số trường hợp các điều kiện không cho phép lắp trực tiếp thì bắt buộc phải lắp từ trên xuống và không cho tiếp xúc với chất lỏng.
Cảm biến đo mức nước không tiếp xúc báo ON – OFF phù hợp cho các ứng dụng đo chất lỏng như acid hoặc các hoá chất có độc hai gây ảnh hưởng tới thiết bị đo.
Nguyên Lý Cảm Biến Mức Nước
Cảm Biến Mức Nước ON-OFF
Rơle cảm biến mực nước là một tên gọi khác để mô tả nguyên lý làm việc của cảm biến mức nước ON-OFF. Nguyên lý đo là chỉ cần có nước tiếp xúc với cảm biến thì sẽ xuất ra một tín hiệu Rơle loại NO hoặc NC. Thông qua tiếp điểm NO/NC chúng ta có thể đóng ngắt bơm hoặc báo còi – đèn khi nước đầy hoặc cạn.
Có hai cách lắp đặt cho cảm biến mức nước ON-OFF là lắp ngang ngay vị trí cần báo ON-OFF & lắp từ trên xuống. Đối với vị trí lắp từ trên xuống thì chúng ta có thể tuỳ chính mức nước ON-OFF trên độ dài của cảm biến. Cách lắp từ trên xuống sẽ thuận tiện hơn rất nhiều so với lắp ngang nhưng bị chiếm nhiều không gian hơn.
Công nghệ điện dung cho phép tuỳ chỉnh loại tín hiệu ngõ ra dạng thường đóng NC hay thường mở NO. Chúng ta không cần phân biệt loại tín hiệu ngõ ra NO hay NC với loại cảm biến mức nước nước bồn dạng điện dung. Để chọn đúng loại sản phẩm bạn nên liên hệ với nhà cung cấp chuyên nghiệp hiểu rõ sản phẩm để chọn được cảm biến phù hợp nhất.
Các loại cảm biến mức nước ON-OFF thường dùng :
- Cảm biến mức nước 3 que
- Cảm biến mức nước điện dung ON-OFF
- Cảm biến siêu âm ON-OFF
Tuỳ theo điều kiện đo mà chúng ta chọn cảm biến cho phù hợp để cho kết quả chính xác nhất.
Cảm Biến Mức Nước 4-20mA
Các loại cảm biến đo mức nước liên tục tức là biết được độ cao của mức nước & có thể quy đổi ra thể tích được gọi là cảm biến mức nước 4-20mA. Loại cảm biến mức nước 4-20mA điện dung không chỉ cho kết quả đo chính xác mà còn có khả năng chịu được nhiệt độ cao và áp suất cao.
Các loại cảm biến mực nước bồn thường gặp :
- Cảm biến mức nước điện dung
- Cảm biến siêu âm đo mức nước
- Cảm biến đo mức nước bằng sóng Radar
Trong ba phương pháp đo này thì cảm biến siêu âm và điện dung được sử dụng khá nhiều do giá thành cạnh tranh hơn so với Radar.
Các phương pháp đo mức nước mới nhất
Chọn phương pháp đo mực nước phù hợp không chỉ tiết kiệm được chi phí lắp đặt mà còn tăng tuổi thọ làm việc của cảm biến đo mức. Để làm được điều này người kỹ thuật chọn cảm biến đo mức nước hay các loại chất lỏng cần phải hiểu rõ nguyên lý đo của từng loại cảm biến đo mức.
Cảm biến mực nước 3 que
Một phương pháp đo mức cổ điển nhưng đơn giản, dể sử dụng với giá thành rẻ nhưng vẫn đảm bảo đo mức báo đầy và báo cạn chính xác. Tín hiệu ngõ ra dạng ON – OFF khi nước đầy – cạn dạng relay NO / NC với tải max 2A cho dòng max 250V. Cảm biến mực nước 3 que sử dụng trong mọi loại nước dẩn điện kể cả nước lẫn hoá chất ăn mòn.
Trên CDSU có thể điều chỉnh thời gian delay cho ngõ ra realy và cả độ nhạy của cảm biến cho phù hợp với từng loại chất lỏng.
Ưu điểm loại cảm biến mực nước 3 que :
- Chịu được nhiệt độ lên tới 95oC
- Áp suất chịu max tại 40 bar tại 25oC và 15 bar tại 95oC
- Độ dài tối đa lên tới 3m
- Vật liệu Inox 303 cho sử dụng tốt cho các loại chất lỏng
- Thiết kế nhỏ gọn
- Giá rẻ so với các loại cảm biến khác
Nhược điểm :
- Khi dùng cảm biến đo điện cực phải dùng thêm một bộ điều khiển CDSU để điều khiển ngõ ra mức cao và mức thấp
- Chỉ đo được cho chất lỏng dẩn điện
- Công nghệ cũ
Cảm biến đo mực nước dạng phao
Phương pháp đo mức nước dạng phao cũng thuộc TOP thiết bị đo mức nước cổ điển với hiệu suất đáng tin cậy. Hai loại cảm biến loại phap hay dùng nhất :
- Cảm biến báo mức dạng phao ON-OFF
- Cảm biến báo mức nước dạng phao tuyến tính
Đo mức nước dạng phao ON-OFF dủng để báo đầy hoặc báo cạn trong giới hạn của phao. Phao báo đầy : khi mức nước tới giới hạn trên thì sẽ cho ra Relay OFF, khi nước xuống giới hạn dưới thì sẽ cho ra Relay ON .
Phao báo cạn : tương tự khi mức nước ở dưới cùng thì ON và khi mức nước lên tới giới hạn trên OFF.
Cả hai mức giới hạn ON – OFF này tương ứng NO/ NC bên trong của cảm biến đo mức nước dạng phao.
Phao inox sẽ trượt từ đầu đến cuối thanh kim loại khi mức nước dâng lên hoặc hạ xuống. Tại vị trí mức nước thấp nhất cảm biến phao sẽ cho ra giá trị 4mA, còn tại vị trí mức nước cao nhất sẽ cho ra giá trị 20mA. Bên trong đầu cảm biến sẽ có một bộ chuyển đổi giá trị điễn trở thành giá trị 4-20mA.
Bản chất của phao từ này là thay đổi giá trị điện trở của thanh kim loại. Bên trong thanh kim loại là nam châm, khi phao inox di chuyển lên xuống làm thay đổi giá trị điện trỡ của thanh nam châm này. Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA đóng vai trò quan trọng trong việc đưa tín hiệu điện trở thành tín hiệu analog 4-20mA.
Ngoài hai loại cảm biến phao lắp đứng từ trên xuống thì còn nhiều loại cảm biến báo mức phao dạng lắp ngang khác. Tuỳ theo điều kiện lắp đặt và môi trường sử dụng chúng ta chọn cảm biến phao báo đầy – báo cạn tương ứng.
Ưu điểm cảm biến phao :
- Giá thành tương đối thấp so với các loại cảm biến đo khác
- Dùng được cho tất cả các loại chất lỏng ngoại trừ các chất kết dính , dạng sệt
- Lắp đặt và sử dụng đơn giản
Nhược điểm :
- Công nghệ lỗi thời
- Dể hư hỏng sau thời gian ngắn sử dụng do phao từ dể bị kẹt gây báo sai tín hiệu
Cảm biến báo mức chất lỏng dạng điện dung
Cảm biến đo mức dạng điện dung có thiết kế gần như giống hoàn toàn với cảm biến đo kiểu điện cực. Nhưng, công nghệ đo sử dụng kiểu điện dung cho thời gian đáp ứng nhanh hơn rất nhiều so với các loại cảm biến đo mức khác.
Phương pháp đo mức điện cực giải quyết bài toán đo nước dẩn điện và cả không dẩn điện bởi tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến hơn so với các loại cảm biến khác. Cảm biến điện dung dùng để đo mức nước được bọc một lớp FEP bên ngoài sử dụng được cả trong môi trường đòi hỏi chuẩn vi sinh.
Khả năng chịu nhiệt độ cao lên tới 130oC và chịu áp lên tới 50 bar giải quyết các môi trường đo khắc nghiệt nhất.
Thông số kỹ thuật của cảm biến đo mức điện dung
- Vật liệu thân cảm biến Inox 304
- Vật liệu đầu dò cảm biến 316 phủ một lớp FEP bên ngoài vừa bảo vệ đầu dò cảm biến vừa đạt các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm và dược phẩm
- Tín hiệu ngõ ra dạng PNP đối với cảm biến báo mức đầy – báo mức cạn và ngõ ra analog 4-20mA hoặc 0-10V đối với cảm biến điện dung đo liên tục
- Nguồn cấp nhận từ 9….36Vdc
- Có thể điều chỉnh được độ nhạy thông qua vít bên trong thiết bị hoặc ngay trên màn hình hiển thị
- Đạt tiêu chuẩn Atex trong các môi trường phòng nổ
Ưu điểm cảm biến đo mức điện dung
- Độ chính xác cao
- Thời gian đáp ứng nhanh
- Tuổi thọ dài hơn so với các loại cảm biến khác
- Sử dụng được cho nhiều loại chất lỏng khác nhau
- Khả năng chịu được môi trường khác nghiệt như nhiệt độ cao , áp suất cao mà các loại cảm biến khác không đáp ứng được
Nhược điểm của cảm biến đo mức điện dung
- Phải cấp nguồn nuôi cho cảm biến 9-36Vdc
- Giá thành cao hơn so với các loại cảm biến cùng loại
- Sai số cao 1%
Cảm biến đo mức kiểu điện dung đo được trong các chất lỏng và cả trong các chất rắn , xi măng , lúa , gạo … Một giải pháp tuyệt vời cho các ứng dụng với chi phí thấp so với các loại cảm biến đo mức khác .
Cảm biến siêu âm đo mức nước
Đo mức dạng siêu âm sử dụng công nghệ phát sóng từ cảm biến tới chất lỏng cần đo,sóng âm này sẽ bị phản hồi lại khi gặp mặt nước. Cảm biến siêu vừa phát sóng ra đồng thời cũng nhận sóng phản hồi lại, dựa vào sự thay đổi tần số mà cảm biến đo được khoảng cách từ cảm biến tới mặt nước.
Cảm biến siêu âm phù hợp với các ứng dụng đo mức nước yêu cầu không được tiếp xúc với chất lỏng. Tín hiệu ngõ ra tuyến tính dạng analog 4-20mA hoặc 0-10V.
Ưu điểm của cảm biến siêu âm
- Đo mức chất lỏng như nước và các loại chất lỏng khác với độ chính xác cao
- Thời gian đáp ứng nhanh
- Tín hiệu ngõ ra chuẩn analog 4-20ma
- Có thể cài đặt được thang đo khi cần điều chỉnh khoảng cách cho chính xác
- Giá thành tương đối phù hợp với các loại đo mức khác
- Đo được cho cả chất rắn và chất lỏng
Nhược điểm của cảm biến siêu âm
- Cảm biến có điểm mù tại điểm cao nhất của cảm biến hay còn gọi Dead zone
- Khoảng cách đo tối đa 20m
- Giá thành cao hơn các loại cảm biến đo mức khác
- Khoảng cách đo giảm phân nữa khi đo cho chất rắn
Sử dụng cảm biến siêu âm để đo mực nước là một lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng cần đo khoảng cách hoặc thể tích bồn chứa với độ chính xác không quá cao. Với các ứng dụng cần độ chính xác cao phải chọn phương pháp đo mức khác phù hợp hơn.
Cảm biến đo mức nước bằng áp suất
Trình trạng mưa kéo dài làm tăng mực nước sông một cách đáng kể, có thể dẩn tới lũ lụt gây thiệt hại lớn cho các vùng thường xuyên chống chọi với lũ lụt.
Kiểm soát được mức nước sông bằng các thiết bị đo mức nước liên tục giúp giảm các thiệt hại về người và tài sản.
Đo mức nước sông giúp kiểm soát lượng nước tăng bất ngờ giúp kịp thời đối phó với mưa lũ – thiên tai
Cảm biến mực nước sông hay nước giếng dựa trên nguyên tắc thay đổi áp suất tính từ bề mặt nước tác động lên cảm biến. Khi mức nước thay đổi làm áp lực tác động lên cảm biến thay đổi theo. Chính vì thế cảm biến đo chính xác trong mọi điều kiện khác nhau khi thả chìm vào trong nước.
Các việc cần làm khi chọn cảm biến đo mức nước sông – nước giếng
- Định độ sâu mức nước cần đo
- Xác định môi trường cần đo : nước sông , nước giếng …
- Chọn độ dài của cáp tín hiệu sao cho lớn hơn độ sâu của của mức nước
- Tín hiệu ngõ ra cho cảm biến
- Chọn bộ hiển thị mức nước phù hợp
Sai lầm khi chọn cảm biến thả chìm
- Chọn độ sâu không phù hợp với thực tế
- Chọn cáp tín hiệu sai loại , không phù hợp với mơi trường nước
- Bộ hiển thị mức nước không hiển thị đúng mức nước
Hậu quả của việc chọn sai lầm cảm biến đo mức là đo không chính xác mà còn có thể hư hỏng sau một thời gian ngắn sử dụng.
Chọn cảm biến mực nước phù hợp với ứng dụng thực tế
Do có rất nhiều loại cảm biến đo mức khác nhau phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau trong thực tế. Chính vì thế mà người sử dụng muốn chọn một loại cảm biến phú hợp với yêu cầu của mình là một khó khăn không nhỏ.
Hiểu rõ chức năng từng loại cảm biến không chỉ giúp chúng ta tự chủ để chọn cảm biến chính xác mà còn tiết kiệm được chi phí vận hành. Nếu bạn chưa biết gì về các loại cảm biến cần sử dụng cần liên hệ ngay một nhà tư vấn hoặc chuyên gia trong ngành.
Cảm biến đo mức nước
Hai loại đo mức nước cần xác định rõ trước khi tìm hiểu vể các loại cảm biến đo. Đó chính là :
- Đo mức báo đầy & báo cạn
- Đo mức liên tục
Để báo đầy báo cạn có nhiều phương pháp đo trong đó đo mức kiểu điện dung đang được ưa chuộng sử dụng với độ chính xác cao.
Hai điểm quan trọng trong bồn chứa chất lỏng
- Cảm biến báo tràn đóng vai trò quan trọng trong việc ngắt bơm để mức chất lỏng không tràn quá mức giới hạn cho phép. Chọn cảm biến báo tràn không phù hợp làm phát sinh nhiều chi phí không đáng có như : tổn hao nguyên liệu , chi phí vệ sinh , mua thiết bị đo mới …
- Cảm biến báo mức cạn điều khiển bơm đảm bảo mức nước trong tank không bị xuống thấp quá mức cho phép. Tiết kiệm thời gian , nâng cao năng suất làm việc nếu chúng ta chọn cảm biến báo mức cạn đúng yêu cầu kỹ thuật.
Giám sát thể tích nước trong bồn chứa
Cảm biến đo mực nước đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát mức nước trong các tank chứa. Dựa vào nguyên tắc đo khoảng cách cùng các thông số của tank chứa chúng ta có thể quy đổi ra thể tích trong bồn chứa.
Các loại cảm biến đo mức liên tục giám sát mức nước :
- Cảm biến siêu âm
- Cảm biến điện dung
- Đo mức bằng áp suất
- Cảm biến Radar
Cảm biến đo mức nhiên liệu
Đo mức xăng dầu
Giám sát mức nhiên liệu trong các xe chở xăng dầu giúp giảm thất thoát trong quá trình vận chuyển. Dùng cảm biến chuyên dụng để đo mức xăng dầu cho kết quả đo chính xác & phi phí phù hợp.
Đo mức nhiên liệu dùng cảm biến độ chính xác cao dùng để theo dõi và kiểm soát mức nhiên liệu trong các thiết bị vận tải & cả các kho chứa xăng dầu.
Một thiết bị điện tử dạng thanh có độ dài bằng với bình chứa nhiên liệu đảm bảo đo chính xác mức nhiên liệu bên trong bằng công nghệ tiên tiến nhất như : điện dung, radar
Lắp đăt , sử dụng cảm biến đo mức nhiên liệu xăng dầu cần sư hổ trợ của các chuyên gia hoặc các kỹ thuật viên chuyên nghiệp để đảm bảo quá trình lắp đặt chính xác nhất.
Cảm biến đo mức chất rắn
Đo mức chất rắn một cách chính xác gần như là một điều bất khả thi cho đến thời điểm hiện nay do giới hạn vể mặt công nghệ & đặc thù của chất rắn.
Các chất rắn khi được cho vào các silo sẽ có độ cao không đồng nhất với nhau. Thông thường ở giữa sẽ luôn cao hơn so với hai thành silo có hình dáng như hình chóp. Ngược lại, khi xả liệu thì hai bên thành silo lại là điểm cao nhất, còn ở giữa là thấp nhất.
Để giải quyết vấn đề này chúng ta cần chọn cảm biến phù hợp với từng loại nguyên liệu, đồng thời chọn vị trí lắp đặt phù hợp nhất theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
